大腦記憶的編碼單元

大腦記憶的編碼單元人類的記憶到底在哪里？它在大腦的哪個(gè)層面存在？它是如何獲得、鞏固并被回憶的？昨天，41歲的林龍年博士站在華東師大上海腦功能基因組學(xué)研究所里宣布，他和美國(guó)波士頓大學(xué)的錢卓教授在世界上首次發(fā)現(xiàn)了大腦記憶的編碼單元，這被認(rèn)為是為解讀人類大腦密碼提供了可能性。記憶在哪產(chǎn)生？“我們?cè)诖竽X神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)層面發(fā)現(xiàn)了記憶活動(dòng)?！痹谶M(jìn)行了2年半的實(shí)驗(yàn)研究后林龍年說(shuō)，這個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)層面的首個(gè)記憶研究成果，可能會(huì)對(duì)將來(lái)人類發(fā)現(xiàn)大腦秘密提供一把鑰匙。大腦中的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)直接決定人類行為。目前世界上對(duì)人腦的研究在底層的基因分子層面和突觸（神經(jīng)元連接點(diǎn)）、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)以及行為層面同步展開(kāi)。林龍年博士與錢卓博士一起，運(yùn)用最新的高密度多通道在體記錄技術(shù)，以小鼠為對(duì)象進(jìn)行了一系列的研究。小鼠來(lái)自中科院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物所，25元一只。同時(shí)，他們還從美國(guó)采購(gòu)了部分轉(zhuǎn)基因小鼠用于將來(lái)的比對(duì)研究。研究小組研制了世界上最輕巧的精細(xì)微電極推進(jìn)器，把96根比頭發(fā)還細(xì)得多的微電極插入小鼠的海馬區(qū)域，成功地記錄到了多達(dá)260個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)情況。在與記憶密切相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)中，海馬（因其形似海馬而得名）發(fā)揮著舉足輕重的作用，它負(fù)責(zé)將人們新的經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期的記憶。小鼠海馬腦區(qū)只有半粒米大小，科學(xué)家們將實(shí)驗(yàn)的探測(cè)區(qū)域放在海馬腦區(qū)的CA1細(xì)胞層，也就是信息的“輸出層”，這里大約有緊密排列的20萬(wàn)至30萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元。“這一步非常重要。”林龍年博士介紹說(shuō)，假如只能觀察到幾個(gè)神經(jīng)元，就談不上對(duì)神經(jīng)元群體的編碼進(jìn)行分析了。而傳統(tǒng)的方法在小鼠上只能記錄到幾個(gè)至20幾個(gè)神經(jīng)元。人類大腦是一個(gè)由約140億個(gè)神經(jīng)元組成的繁復(fù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。迄今為止，對(duì)大腦功能的解讀，就像在基因密碼破譯之前人們只能通過(guò)基因的表型間接了解遺傳信息一樣，腦科學(xué)家們目前只能通過(guò)對(duì)行為的測(cè)試來(lái)間接檢測(cè)記憶的形成。技術(shù)上的突破使科學(xué)家能夠通過(guò)檢測(cè)大腦編碼單元的活動(dòng)狀態(tài)直接解讀大腦在學(xué)習(xí)過(guò)程中記憶的形成。記憶怎樣產(chǎn)生？一個(gè)事件帶來(lái)的驚恐、慌亂的記憶是怎么產(chǎn)生的？技術(shù)條件成熟后，科學(xué)家們開(kāi)始進(jìn)行情景實(shí)驗(yàn)收集大腦神經(jīng)元的反應(yīng)。“有些經(jīng)歷能夠產(chǎn)生令人難忘的記憶，我們猜想大腦中會(huì)有許多神經(jīng)元參與這些記憶的編碼?！卞X卓博士說(shuō)。研究人員設(shè)計(jì)了幾種新穎的行為模式來(lái)研究小鼠的神經(jīng)編碼，一種是在特定環(huán)境中給小鼠背部突然吹上一陣?yán)滹L(fēng)。林龍年說(shuō)就像武俠小說(shuō)中描寫(xiě)的在月黑風(fēng)高之夜，一陣突如其來(lái)的嗖嗖陰風(fēng)會(huì)使人頓感毛骨悚然一樣，小鼠對(duì)這樣的刺激會(huì)感到驚恐。它的神經(jīng)元活動(dòng)發(fā)生變化，有的變密集，有的變稀疏。把小鼠放在特制的小電梯中做自由落體下降，如同人們乘坐的電梯突然失控墜落的過(guò)程中所獲得的記憶會(huì)刻骨銘心一樣，小鼠對(duì)這種極其刺激的經(jīng)驗(yàn)也會(huì)印象深刻。實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，在海馬的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中有許多神經(jīng)元對(duì)這種驚嚇刺激有著各種各樣的放電反應(yīng)，根據(jù)它們的反應(yīng)特征，研究人員發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元組成了記憶編碼的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元（codingunits）。更有意義的是，這些編碼單元通過(guò)它們的激活狀態(tài)可以把任何一種驚嚇經(jīng)歷轉(zhuǎn)化成一串二進(jìn)制數(shù)字，這種數(shù)字化的編碼形式使